JP2000297204A

JP2000297204A - エポキシ樹脂組成物および回転電機コイルおよび注型樹脂組成物および回転電機

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Publication number: JP2000297204A
Application number: JP11108914A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hirai; 久之平井; Noriyuki Iwata; 憲之岩田; Hiroshi Hatano; 浩幡野; Kiyoko Murata; 聖子村田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】エポキシのカチオン重合樹脂における保存安定
性の向上、高温電気特性（ｔａｎδ）の改善によって、
作業性に優れ、廃棄樹脂の少ない１液性のエポキシ樹脂
組成物および回転電機コイルおよび注型樹脂組成物およ
び回転電機を提供する。【解決手段】主剤として、１以上のエポキシ基を有する
エポキシ樹脂と、カチオン重合開始剤であるオニウム塩
と、イオン吸着剤とを必須成分として含有するエポキシ
樹脂組成物。熱伝導率が10Ｗ／ｍＫ以上の無機系の充填
材を前記エポキシ樹脂組成物に添加混合した注型樹脂組
成物。上記注型樹脂組成物をコイルあるいはコイルエン
ドに注型し硬化した回転電機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カチオン重合によ
る１液化が可能なエポキシ樹脂組成物に関し、貯蔵安定
性、電気特性、熱伝導率がすぐれていて、特に回転機コ
イルなどの含浸や注型に適したエポキシ樹脂組成物およ
び回転電機コイルおよび注型樹脂組成物および回転電機
に係る。

【０００２】

【従来の技術】回転電機は、コイル絶縁の電気特性や強
度の向上のため、樹脂を絶縁材料中に含浸し、加熱硬化
して特性を発揮させる。特に含浸の場合は、真空含浸後
加圧を加えて含浸度を向上させている。一方、含浸終了
後の余剰樹脂は、貯蔵タンクに戻入される。このよう
に、一般的に含浸樹脂は、含浸と貯蔵の工程を繰り返し
て使用されるので、その間の樹脂の安定性が重要であ
り、これは貯蔵安定性といわれる。この安定性が劣る
と、一定粘度を超えた時点で含浸樹脂として使用できな
くなるので廃棄処分にする。従って、安定性が劣ると樹
脂廃棄物が増加するという問題がある。

【０００３】この様な含浸樹脂は一般にエポキシ系が重
用されるが、このエポキシ樹脂は、硬化剤として酸無水
物、アミン系、フェノール系が一般的である。このうち
酸無水物が最も多量に使用されている。

【０００４】アミン系、フェノール系では、潜在性を有
する１液化が困難であり、酸無水物において、マイクロ
カプセル化触媒やアミンアダクト系、粉体系の触媒が潜
在性を有する１液化樹脂として使用されてきている。

【０００５】また、最近では、カチオン重合によるエポ
キシ樹脂の光・熱の単独または併用による硬化システム
が注目され、特に塗料関係で研究および開発が行なわれ
実用化が進展している。

【０００６】種類としては、ジアゾニウム塩、ヨウドニ
ウム塩、スルホニウム塩系が主に使用されているが、潜
在性については不十分である。特に脂環式エポキシ樹脂
については、ほとんど期待できない。

【０００７】一方、これらカチオン重合触媒の電気特性
は、特にガラス転移温度以上において誘電体損失（ｔａ
ｎδ）が急激に増加する現象がある。回転電機等は、含
浸樹脂のガラス転移温度以上で運転されることもあるの
で、損失の急激な増加は絶縁寿命や効率等の点で好まし
くない。

【０００８】一般に注型樹脂は、エポキシ樹脂と酸無水
物硬化剤に対して、充填材としてシリカ系が多用されて
いる。これらは電気特性、機械特性、熱膨張特性など多
くの優れた点を有するので重用されている。しかしなが
ら、シリカ系の充填材を複合した注型樹脂は熱伝導率が
低い。またエポキシ注型樹脂関係において、カチオン重
合は、充填材が複合され光硬化ができないのでほとんど
研究されていない。

【０００９】注型樹脂においても、１液化は僅かにマイ
クロカプセル化触媒を使用した構成に見られるが、充填
材が複合した系では、混合時における充填材によって、
カプセルの破壊が発生し、製造の困難さや保存安定性を
損なうなどの問題が生じている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の含浸樹脂においては、貯蔵安定性に、またエポキ
シのカチオン重合樹脂においては、貯蔵安定性と高温電
気特性において問題がある。貯蔵安定性が劣ると樹脂廃
棄量の増大を招き、高温電気特性が劣ると運転時の損失
が大きくなり、回転機の効率、信頼性の低下に影響する
問題が生じる。

【００１１】また注型樹脂においては１液化が難しく安
定性に欠ける問題がある。エポキシのカチオン重合を取
り入れた注型樹脂はほとんど無く、熱伝導性と１液での
貯蔵性に課題がある。また、カチオン重合注型樹脂は高
温電気特性に劣る問題がある。

【００１２】本発明は、上記実状を考慮してなされたも
ので、エポキシのカチオン重合樹脂における保存安定性
の向上、高温電気特性（ｔａｎδ）の改善によって、作
業性に優れ、廃棄樹脂の少ない１液性のエポキシ樹脂組
成物および回転電機コイルおよび注型樹脂組成物および
回転電機を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明に係る請求項１のエポキシ樹脂組成物は、
（ａ）主剤であるエポキシ樹脂と（ｂ）重合開始剤であ
るオニウム塩と（ｃ）イオン吸着剤とを含有することを
特徴とするものである。

【００１４】前記（ａ）エポキシ樹脂には、一分子中に
少なくとも１個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が使
用され得る。その具体例としては、ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビス
フェノールＡ−Ｄ型エポキシ樹脂、多価アルコールのグ
リシジルエステル、脂環式エポキシ樹脂、アミン型エポ
キシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、等が挙げられ
る。これらは単独もしくは混合して用いられ、必要に応
じて、反応性希釈剤、または非反応性希釈剤等が添加さ
れた上で使用されうる。

【００１５】（ｂ）重合開始剤であるオニウム塩は、下
記化学式に示すジアゾニウム塩、ヨウドニウム塩、スル
ホニウム塩などがある。このうち請求項２に示したスル
ホニウム塩は、光にも熱にも反応を示すので併用の場合
は特に有効である。

【００１６】

【化１】

【００１７】（ｃ）イオン吸着剤は、請求項３に記載し
たように無機イオン交換体や無機イオン捕捉剤を含有す
るものである。これらは、カチオン重合開始剤の遊離イ
オンとして存在しているイオンを捕捉する働きをする。
これにより、少量の遊離イオンによって徐々に生じる重
合を抑制するので、保存安定性が大幅に向上する効果が
発現する。一方、温度を高くして重合硬化を行うが、硬
化後の遊離イオンも捕捉するので、遊離イオンによる誘
電体損失の増加を抑制し、優れた電気特性を得ることが
できる。

【００１８】請求項４の陽イオン吸着剤は、遊離イオン
のうち、エポキシ樹脂の重合に寄与する遊離カチオンを
選択的に捕捉するので、保存安定性の向上に効果的に作
用する。

【００１９】請求項５は、エポキシ樹脂100 重量部に対
する陰イオン吸着剤０〜0.3 重量部、陽イオン0.1 〜８
重量部配合したことを特徴としている。陰イオン吸着剤
は、保存安定性に寄与していないが、硬化後の電気特性
に効果がある。しかしながら、0.3 重量部以上を単独で
配合すると保存安定性を悪くするので、陽イオン吸着剤
と複合してもこの範囲が適している。陽イオン吸着剤
は、少量の0.1 重量部でも保存安定性に効果があるが、
８重量部以上の場合、カチオン重合開始剤を吸着して、
硬化時間を長くする現象が発生するので好ましくない。
したがって、記載した範囲が適している。

【００２０】請求項６記載の回転電機絶縁コイルに真空
加圧含浸を行うと、硬化後のコイルの電気特性は、ガラ
ス転移温度以上においても誘電体損失の増加が少なく優
れた特性を示す。

【００２１】請求項７、請求項８は、充填材を配合する
高熱伝導性の注型樹脂において、充填材の熱伝導率が10
Ｗ／ｍＫ以下の場合、充填率を高める必要がありその結
果複合材料の粘度が高くなるので実用的でない。また充
填材の種類としては、アルミナ、チッ化アルミ、チッ化
ケイ素、炭化ケイ素を単独もしくは複数を合わせて20体
積％以上が好ましい。最低の20体積％にしても樹脂単体
の少なくとも３倍以上の熱伝導率が得られ粘度も低く実
用性が高い。

【００２２】請求項９は、無機系高熱伝導充填材に更に
球状ないしは亜球状のシリカ粉体を複合したものであ
る。高熱伝導充填材は一般に比重が高いので樹脂と複合
した場合、充填材の沈降現象がある。これを比較的比重
の軽い微細のシリカ粉末を適量配合することで、高熱伝
導充填材の沈降を抑制する効果がある。また、シリカ粉
体の形状として、球状ないしは亜球状を使用し、粒径を
選択することで粘性が低く流動性に富む作業性に優れた
注型樹脂組成物が得られる。請求項10の回転電機は、コ
イルエンドに注型し、コイルエンドの発熱を鉄心に熱伝
導することでコイルエンドを冷却するのに効果がある。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について詳細
に説明する。 (1) ［実施例１］〜［実施例11］および［比較例１］ビ
スフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社
製商品名：ＹＬ−6042）100 重量部に対して、希釈剤と
してヘキシルジグリシジルエーテル（油化シェルエポキ
シ社製商品名：ＹＥＤ−216 ）20重量部、スルフォニウ
ム塩系重合開始剤（三新化学社製：サンエイドＳＩ−10
0 Ｌ）１重量部、イオン吸着剤として東亜合成社製のＩ
ＸＥ−300 （陽イオン交換）、ＩＸＥ−500 （陰イオン
交換）を添加して室温で十分に攪拌することにより表１
に示す実施例１から実施例11のエポキシ樹脂組成物を作
成した。

【００２４】

【表１】（注）phr ：重量部貯蔵安定性：粘度が２倍になる時間。油槽中において試
験管法で測定モデルコイルの電気特性（ｔａｎδ）測定
した試料に○印

【００２５】エポキシ樹脂と重合開始剤として三新化学
社製のサンエイドＳＩ−100 Ｌを使用した組成を比較例
１とした。40℃の貯蔵安定性は50日、150 ℃におけるゲ
ル化時間は、７分10秒であった。

【００２６】ついで、10mm×20mm×200 mmの寸法のアル
ミニウム導体に幅25mmのガラスクロス裏打ち集成マイカ
テープを１／２重巻きで４回巻回し、真空加圧含浸法
（ＶＰＩ）で含浸した後、常温から150 ℃まで２時間で
昇温し、150 ℃で５時間加熱硬化することによって、絶
縁モデルコイルを作成した。このコイルにアルミニウム
箔の電極を取り付け、室温から１５０℃までの電気特性
を測定し、図１の結果を得た。

【００２７】実施例１〜実施例８は、陽イオン吸着剤を
加えた組成で、実施例９〜実施例１１は、陽イオン吸着
剤と陰イオン吸着剤を複合した組成である。表１に示し
たように、陽イオン吸着剤の添加量が増加するにしたが
って貯蔵寿命が延びることが明らかである。150 ℃のゲ
ル化時間は、陽イオン吸着剤の添加量が0.5 phr が最も
短く、それ以上増加すると徐々に長くなる傾向がある。

【００２８】モデルコイルの電気特性として誘電損（ｔ
ａｎδ）の温度特性を図１に示したが、イオン吸着剤を
添加した実施例は、いずれの場合もｔａｎδが小さくな
り吸着剤によるイオンの捕捉効果が現れている。

【００２９】(2) ［比較例２］［実施例12］〜［実施例
20］ビスフェノールＡ（油化シェル社製；エピコート828 ）
100 重量部、サンエイドＳＩ−100 Ｌ；１重量部、陽イ
オン吸着剤ＩＸＥ−300 ；0.5 重量部に、充填材として
チッ化ケイ素および／または球状溶融シリカを混合して
表２に示す注型樹脂組成物を作成した。混合は、ダール
トン社の小型万能攪拌機を使用した。

【００３０】

【表２】（注）充填材の添加量は体積率（％）で表示した。

【００３１】沈降は200 mlのメスシリンダーに200 ml注
入し、40℃で１日置いたのち目視により観察した。一
方、150 mm×200 mm×２mmのガラス板に離型として粘着
テフロンシートを貼り、２枚のガラス板の間に１mmのシ
リコーンチューブをスペーサとしてコの字形に挟み樹脂
を注入した。これを120 ℃で１時間、150 ℃で５時間の
加熱硬化を行い、150 mm×100 mm×１mmの樹脂板を成形
した。熱伝導率は、この樹脂板を切り出し、室温におけ
るレーザーフラッシュ法で測定した。

【００３２】表２に充填材の添加量に対する沈降と熱伝
導率をまとめて示した。沈降について言えば、充填量が
30体積率までは比較的大きい。シリカを複合すると比重
の点からも沈降が少なくなる。また熱伝導率は、20体積
率で約２倍になるが絶対値としては小さい。

【００３３】(3) ［実施例21］ビスフェノールＡ（油化シェル社製；エピコート828 ）
100 重量部、サンエイドＳＩ−100 Ｌ；１重量部、陽イ
オン吸着剤ＩＸＥ−300 ；0.5 重量部に、充填材として
チッ化ケイ素40体積％、球状シリカ10体積％を複合した
高熱伝導注型樹脂を作成した。この樹脂の硬化後の熱伝
導率は1.5 Ｗ／mKであった。

【００３４】鉄心を強制冷却する構造の100 kWモーター
のコイルエンドと鉄心をこの樹脂で一体成形した。モー
タの稼動におけるコイルエンドの温度は、従来の含浸処
理のみの場合145 ℃まで上昇するのに比較して、本高熱
伝導樹脂で成形した場合、95℃であった。本樹脂によれ
ば、このように大きな冷却効果が得られるので、機器の
小型化、高密度化、高出力化などが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ポキシのカチオン重合において、エポキシ樹脂、カチオ
ン重合開始剤、イオン吸着剤を基本樹脂組成としている
が、このうち特にイオン吸着剤を用いることによって、
貯蔵安定性が向上すると同時に含浸樹脂として使用した
場合、高温の電気特性のうちｔａｎδが小さくなる効果
がある。

【００３６】また、前記の基本樹脂組成に充填材を複合
することで、長い保存寿命と優れた電気特性はそのまま
で熱伝導率を高めることができ、発熱部分の熱伝達（冷
却）に効果がある。さらに、本樹脂組成は、一液性の樹
脂で取扱が容易であり、保存寿命が長く無駄がないの
で、樹脂の廃棄量が大幅に減少するなど優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例および比較例のエポキシ樹脂組
成物のｔａｎδの温度特性を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 3/30 Ｈ０２Ｋ 3/30 15/12 15/12 Ｄ (72)発明者幡野浩神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者村田聖子神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 4J002 CD011 CD051 CD061 DE148 DF018 DJ008 DJ018 EB116 EQ016 EV296 FD018 FD206 FD207 GQ00 4J036 AB00 AB07 AD08 AF01 AH00 FA02 FA03 FA04 FA05 GA03 GA23 GA24 GA25 JA05 5G305 AA02 AA12 AB01 AB10 AB27 BA09 BA15 BA22 CA15 CB04 CB25 CB30 CC02 CC04 CC05 CD01 CD20 5H604 AA08 CC01 DA01 DA15 PB03 5H615 AA01 PP01 PP12 RR05 RR07 SS05 SS24 SS41 SS44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主剤として、１以上のエポキシ基を有す
るエポキシ樹脂と、カチオン重合開始剤であるオニウム
塩と、イオン吸着剤とを必須成分として含有することを
特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】カチオン重合開始剤としてのオニウム塩
がスルホニウム塩であることを特徴とする請求項１記載
のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】イオン吸着剤が、無機イオン交換体ある
いは無機イオン捕捉剤であることを特徴とする請求項１
記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】イオン吸着剤は、陽イオンを選択的に吸
着あるいは捕捉するものであることを特徴とする請求項
１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】イオン吸着剤として、エポキシ樹脂100
重量部に対して、陰イオン吸着剤を０〜0.3 重量部、陽
イオン吸着剤を0.1 〜８重量部配合したことを特徴とす
る請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項６】単一もしくは複数の導体に裏打ちマイカ
テープ等を巻き回した絶縁に前記請求項１記載のエポキ
シ樹脂組成物を含浸し加熱硬化してなる回転電機絶縁コ
イル。
【請求項７】熱伝導率が10Ｗ／ｍＫ以上の無機系の充
填材を前記請求項１のエポキシ樹脂組成物に添加混合し
たことを特徴とする注型樹脂組成物。
【請求項８】無機系の充填材としてアルミナ、チッ化
アルミ、チッ化ケイ素、炭化ケイ素の単独もしくは複数
を合わせて20体積％以上請求項１のエポキシ樹脂組成物
に添加混合したことを特徴とする注型樹脂組成物。
【請求項９】請求項８記載の無機系充填材と球状ない
しは亜球状のシリカ粉体を複合した充填材を前記請求項
１のエポキシ樹脂組成物に添加混合したことを特徴とす
る注型樹脂組成物。
【請求項１０】請求項８あるいは請求項９の注型樹脂
組成物をコイルあるいはコイルエンドに注型し硬化した
ことを特徴とする回転電機。